JP2008251293A - Ｓｎめっき付き銅合金端子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】両面Ｓｎめっきした銅合金板をプレス打抜き加工して製造する基板用のピン端子について、はんだ付け性を後めっきすることなく改善する。
【解決手段】両面にＳｎめっき層を有する銅合金板１をプレス打抜き加工して所定幅の端子部２を形成した後、その幅方向両側（幅ｗの部分）を上下からプレス圧縮加工して、端面にせん断切り口面と伸ばし加工された圧縮加工部５ｂを有する端子部５を形成し、続いて圧縮加工部５ｂをプレスせん断加工により切除して端子部６を形成する。前記プレス圧縮加工は、前記せん断切り口面のせん断面が、ダレ部から引き延ばされたＳｎめっき層で被覆されるように行われる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、自動車等に搭載される各種機器の電気接続に使用される端子に関し、特にはんだ付けが必要な基板用の端子に関する。

特許文献１に記載されているように、基板用ピン端子は、銅合金板にＳｎめっきを施した後、プレス加工（打抜き）によって角線材断面（矩形断面）に形成される。そして、この端子は基板を貫通してはんだ付けされる。

特開２０００−２４３４９５号公報

しかし、プレス打抜き加工を行うことにより端子の端面（せん断切り口面という）は素材が露出し、特に破断面は素材が引きちぎられた結果生じたディンプル形状をしており、経時によるＣｕの酸化が促進され酸化膜が厚く成長する。このため、はんだ付け時のフラックスによる酸化膜除去が十分とならないために、はんだと素材との反応が生じ難く、はんだ濡れ性が劣化するという問題があった。
そのため、打抜き加工を施した後にＳｎめっきを施す、即ち後めっきを施すことで、素材が露出した端面をＳｎめっきで被覆し、はんだ付け性を維持させる方法が通常とられている。しかし、後めっきを施すことでコストが高くなるという問題がある。

本発明は上記問題に鑑み、各種電子部品用のめっき付き銅合金端子において、後めっきすることなくはんだ付け性を改善することを目的とする。

本発明に係るめっき付き銅合金端子は、上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板から形成され、両端面がせん断切り口面からなり、その一部が前記両表面から連続するＳｎめっき層により被覆されていることを特徴とする。なお、本発明においてＳｎめっきは純Ｓｎ及びＳｎ基合金めっきを含む。
より具体的にいえば、前記両端面が表裏両面に続く上下の第１せん断切り口面とその間に形成された第２せん断切り口面からなり、前記第１せん断切り口面の一部又は全部が前記両表面から連続するＳｎめっき層により被覆されている。前記第１せん断切り口面は上下からのプレス圧縮加工により形成することができ、前記第２せん断切り口面は続いて行われるプレスせん断加工により形成することができる。さらに具体的にいえば、前記第１せん断切り口面がダレ部とせん断面からなり、前記せん断面の一部又は全部がダレ部から引き延ばされたＳｎめっき層で被覆されている。

上記端子は、上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板をプレスせん断加工して所定幅の端子素材を形成した後、その幅方向両側を上下からプレス圧縮加工して端面にせん断切り口面（前記第１せん断切り口面に相当）と伸ばし加工された圧縮加工部を形成し、このとき前記せん断切り口面の一部又は全部を前記Ｓｎめっき層で被覆し、続いて前記圧縮加工部をプレスせん断加工により切除することにより製造することができる。望ましくは前記せん断切り口面をダレ部とせん断面からなるものとし、前記せん断面の一部又は全部をダレ部から引き延ばされたＳｎめっき層で被覆する。
なお、表面被覆層を有する板材をプレスせん断加工する際にせん断面の一部が表面被覆層により被覆される現象自体は公知であり、それを積極的に利用してせん断切り口面の全部又は大部分を被覆するせん断被覆加工法も存在する。本発明はプレスせん断加工におけるこの現象を利用したものである。

本発明によれば、端子の端面において素材の露出面積を減少させる（相対的にＳｎ層の被覆面積を増加させる）ことにより、Ｃｕ酸化膜の成長を抑制し、はんだ付け性を向上させることができる。
本発明に係る端子ははんだ付け性が必要とされる端子、特に車載電装品等に使用される基板用ピン端子に適しており、後めっきを施すことなく基板との良好な接合性を維持できる。

以下、図１〜５を参照して、本発明に係るＳｎめっき付き銅合金端子及びその製造方法について説明する。
図１はピン端子の製造方法を示すもので、次の工程からなる。
（１）プレスせん断加工；両面にＳｎめっきを施した銅合金板１（又は条）に対し、プレスせん断加工（打抜き加工）を施し、所定幅の端子部２を形成（この例では３個並列に形成）する。なお、３は打抜かれた箇所、４は端子部同士を連結する帯状の連結部である。
（２）プレス圧縮加工；端子部２の幅方向両側の所定幅（幅ｗ）の部分について上下からプレス圧縮加工し、端面にせん断切り口面と伸ばし加工された圧縮加工部を形成する。これにより本体部５ａと圧縮加工部５ｂからなる端子部５が形成される。
（３）プレスせん断加工；プレスせん断加工により圧縮加工部５ｂを本体部５ａから切除し、端子部６を形成する。
（４）プレスせん断加工；必要に応じて端子部６に成形加工を加えた後、プレスせん断加工により端子部６を連結部４から切り離す。

プレスせん断加工（プレス打抜き加工）して得られた端子部２の断面は、図２に示すように略角形であり、銅合金素材７の上下両表面がＳｎめっき層８により被覆されている。端子部２の端面９（プレス打抜き加工により形成された端面であり、以後せん断切り口面９という）には、上からダレ部１１、せん断面１２、及び破断面１３が形成されている。ダレ部１１は、銅合金板１に打抜き工具（パンチ）の刃先が食い込むとき、銅合金板１の自由面が塑性変形したものであり、せん断面１２は、銅合金板１に食い込んだ工具（パンチ）の側面によりバニッシュされ平滑化した面であり、破断面１３は銅合金素材７が割れて分離した面で、ディンプル状となっている。ダレ部１１を被覆するＳｎめっき層８は、打抜き工具の側面でバニッシュされ下方に引き延ばされて、この例ではせん断面１２の大部分を薄く被覆している（１４はせん断面１２を被覆するＳｎめっき層である）。

プレス打抜き加工しただけの破断面１３はディンプル形状をしており、せん断面１２とは形態が異なり、かつＳｎめっき層１４により被覆されていない。そのため、破断面１３において露出した銅合金素材７は経時により酸化し、はんだ濡れ性を劣化させる要因となる。
なお、せん断面１２及び破断面１３の面積比率（せん断／破断率）は、打抜き時のクリアランス（パンチとダイの隙間）に依存する。クリアランスが小さい方がせん断／破断率が大きく、破断面１３の面積が少なくなる。また、余りにクリアランスが小さいと、Ｓｎめっき層１４による被覆面積率が小さくなる。ただし、この段階でせん断面１２をＳｎめっき層１４で被覆する必要はない。

端子部２の両側の部分（図１において幅ｗの部分）を上下からプレス圧縮加工して、端子部５を成形したときの状態を図３に示す。このプレス圧縮加工は、ちょうどプレスせん断加工を上下方向から挟むように行い、かつせん断を途中で停止したものと考えることができる。このプレス圧縮加工により、端子部５の端面にせん断切り口面１５と伸ばし加工された圧縮加工部５ｂが形成される。なお、図３において、１６はパンチ、１７はダイス、１８はストリッパーである。
図３においてプレス圧縮加工して得られた端子部５の断面をみると、本体部５ａと圧縮加工部５ｂからなる。端子部５の端面は、上下のせん断切り口面１５と中央部の圧縮加工部５ｂからなり、せん断切り口面１５はダレ部１９とせん断面２０からなる。せん断面２０は端子部２に食い込んだパンチ１６の側面によりバニッシュされ平滑化した面であり、ダレ部１９を被覆するＳｎめっき層８が同じくバニッシュされ引き延ばされてせん断面２０を被覆している（２１はせん断面２０を被覆するＳｎめっき層である）。なお、この例ではプレス圧縮加工（せん断面のみに着目すればせん断被覆加工相当）によりせん断面２０の全体がＳｎめっき層２１により被覆され、それが望ましいのであるが、Ｓｎめっき層８の厚さやパンチ１６の打ち込み距離Ｌの大きさ等により、せん断面２０の一部がＳｎめっき層２１により被覆されず（被覆率が１００％に満たず）、せん断面２０の一部に銅合金素材７が露出する場合もあり得る。圧縮加工部５ｂの上下表面はＳｎめっき層２２（Ｓｎめっき層８が伸ばし加工されて薄くなったもの）により被覆されている

端子部５の圧縮加工部５ｂを、プレスせん断加工により本体部５ａから切除するときの状態を図４に示す。図４において、２３はパンチ、２４はダイス、２５はストリッパーであり、パンチ２３が下降することで圧縮加工部５ｂがせん断切除される。
図５はプレスせん断加工後の端子部６の断面図であり、端子部６の端面はせん断切り口面１５（第１せん断切り口面）とせん断切り口面２６（第２せん断切り口面）からなる。せん断切り口面１５はダレ部１９とせん断面２０からなり、この例ではせん断面２０の全体がＳｎめっき層２１により被覆されている。せん断切り口面２６は、前記せん断切り口面９と同様に、ダレ部、せん断面及び破断面からなり、ダレ部及びせん断面の一部がＳｎめっき層により被覆されている。

銅合金素材７は酸化しやすく、酸化が進行しすぎると、端子と基板とを接合させる際のはんだ付け時に使用されるフラックスで酸化膜を除去しきれず、はんだ付け性を劣化させてしまう。すなわち端子と基板との接合信頼性を劣化させる。しかし、前記端子部６の場合、せん断切り口面１５において、ダレ部１９がＳｎめっき層８により被覆され、かつせん断面２０の少なくとも一部、望ましくはせん断面２０全体がＳｎめっき層２１により被覆され、さらに、せん断切り口面２６においても、ダレ部及びせん断面の一部がＳｎめっき層により被覆されている。従って、端子部６では、従来のように単に打抜き加工されただけのものに比べ（図２の端子部２参照）、端面における銅合金素材７の露出面積が減少し（相対的にＳｎめっき層による被覆面積が増加し）、銅合金素材７の酸化を防ぎ、はんだ付け性を改善して、接合信頼性を向上することができる。

本発明に係るはんだ付け性に優れる端子は、Ｓｎめっきを施した銅合金板から形成されるが、このＳｎめっきは、光沢Ｓｎめっき、半光沢Ｓｎめっき、無光沢Ｓｎめっき、リフローＳｎめっき、溶融Ｓｎめっきを含む。また、本発明でいうＳｎめっきはＳｎ基合金（Ｓｎが５０質量％以上）めっきを含み、例えばＳｎ−Ａｇ合金めっき、Ｓｎ−Ｃｕ合金めっき、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっき、Ｓｎ−Ｚｎ合金めっきを用いることができる。
本発明に係るはんだ付け性に優れる端子は、最上層をＳｎめっきとする多層めっきが形成されたものでもよい。この場合、Ｓｎめっきの下地層には例えばＮｉめっき、Ｃｏめっき、Ｎｉ−Ｃｏめっき、Ｃｕめっき等が施される。
それぞれのめっき厚さは、Ｓｎめっきは０．５μｍ以上、１０μｍ以下が望ましく、下地めっきを行う場合、その厚さは１μｍ以下程度が望ましい。Ｓｎめっきが０．５μｍ未満でははんだ濡れ性が劣化し、１０μｍを超えるとはんだ濡れ性は維持できるが表面性状が十分でない。一方、下地めっき層は１μｍを超えると端子成形時の曲げ加工性に劣る。
そのほか本発明は、Ｓｎめっき層の下にリフロー処理等によりＣｕ−Ｓｎ合金層が形成されたもの（例えば特開平１０−６０６６６号公報参照）、さらにその下にＮｉめっき層が形成されたもの（例えば特開２００２−２２６９８２号公報、特開２００４−６８０２５号公報参照）、このような多層めっきにおいて表面に凹凸が形成されたもの（例えば特開２００６−７７３０７号公報参照）、さらに凹凸表面にＳｎフラッシュめっきを施したものなど、種々の多層めっきが形成されたものにも適用できる。

本発明に使用される銅合金素材は、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｆｅ系、Ｃｕ−Ｍｇ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ系、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｐ系、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ系等が使用できる。
本発明に係る端子の接合に用いられるはんだは、Ｓｎ−Ｐｂはんだ、Ｐｂを含まないＰｂフリーはんだ（Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｚｎ、Ｓｎ−Ｃｕ等）のいずれでも使用できる。

順送りでプレス加工されるＳｎめっき付き銅合金板の平面図、及び各加工工程において成形された端子部の拡大断面図（下段）である。 プレス打抜き加工後の端子部の断面図である。 プレス圧縮加工後の端子部の断面形状及びプレス圧縮加工による成形方法を説明する断面図である。 プレスせん断加工による成形方法を説明する断面図である。 プレスせん断加工後の端子部の断面図である。

符号の説明

２，５，６ 端子部
５ｂ 圧縮加工部
７ 銅合金素材
８，１４，２１ Ｓｎめっき層
９，１５，２６ せん断切り口面
１１，１９ ダレ部
１２，２０ せん断面

Claims (6)

1. 上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板から形成されたＳｎめっき付き銅合金端子において、両端面がせん断切り口面からなり、その一部が前記両表面から連続するＳｎめっき層により被覆されていることを特徴とするＳｎめっき付き銅合金端子。
2. 前記両端面が表裏両面に続く上下の第１せん断切り口面とその間に形成された第２せん断切り口面からなり、前記第１せん断切り口面の一部又は全部が前記両表面から連続するＳｎめっき層により被覆されていることを特徴とする請求項１に記載されたＳｎめっき付き銅合金端子。
3. 前記第１せん断切り口面が上下からのプレス圧縮加工により形成され、前記第２せん断切り口面が続くプレスせん断加工により形成されたものであることを特徴とする請求項２に記載されたＳｎめっき付き銅合金端子。
4. 前記第１せん断切り口面がダレ部とせん断面からなり、前記せん断面の一部又は全部がダレ部から引き延ばされたＳｎめっき層で被覆されていることを特徴とする請求項２又は３に記載されたＳｎめっき付き銅合金端子。
5. 上下両表面にＳｎめっき層を有する銅合金板をプレスせん断加工して所定幅の端子素材を形成した後、その幅方向両側を上下からプレス圧縮加工して端面にせん断切り口面と伸ばし加工された圧縮加工部を形成し、このとき前記せん断切り口面の一部又は全部を前記Ｓｎめっき層で被覆し、続いて前記圧縮加工部をプレスせん断加工により切除することを特徴とするＳｎめっき付き銅合金端子の製造方法。
6. 前記せん断切り口面がダレ部とせん断面からなり、前記せん断面の一部又は全部をダレ部から引き延ばされたＳｎめっき層で被覆することを特徴とする請求項５に記載されたＳｎめっき付き銅合金端子の製造方法。

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